Posuzování tepelné bilance a větrání stájových objektů pro hospodářská zvířata

Transkript

1 I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í Veterinární a farmaceutická univerzita Brno Fakulta veterinární hygieny a ekologie Posuzování tepelné bilance a větrání stájových objektů pro hospodářská zvířata Multimediální učební text Autor: MVDr. Jan Chloupek, Ph.D. Brno, 202 Tento multimediální učební text je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Obsah. Úvod Tepelná bilance stájových objektů Princip bilance tepla ve stájových objektech Výpočet tepelné bilance Zdroje tepla ve stájových objektech Výpočet produkce tepla Příklady pro procvičení problematiky Modelové zkušební příklady Tepelné ztráty Q C Ztráta tepla prostupem Q P Základní tepelná ztráta Q Přiráţka na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí p Přiráţka na urychlení zátopu p Ztráta tepla prostupem jednotlivými stavebními konstrukcemi Součinitel prostupu tepla Příklady pro procvičení problematiky Modelové zkušební příklady Ztráta tepla větráním Q VO Výpočet mnoţství odváděného vzduchu V O Stanovení entalpie (tepelného objemu) měněného vzduchu Stanovení měrné hmotnosti odváděného vzduchu při dané teplotě a relativní vlhkosti Makro- a mikroklimatické ukazatele pro výpočet tepelné bilance stáje Posouzení a vyuţití výsledků tepelné bilance stájového objektu Modelový zkušební příklad výpočtu tepelné bilance Zadání příkladu Tepelná bilance - výpočet Stanovení výpočtových hodnot t a R V Výpočet produkce tepla Výpočet dílčích ztrát tepla prostupem Výpočet základní ztráty tepla prostupem

3 Výpočet celkové ztráty tepla prostupem Ztráta tepla větráním Modelový zkušební příklad vyhodnocení stanovené tepelné bilance objektu Větrání stájových objektů Výpočet hodnot výměny vzduchu Orientační hodnoty výměny vzduchu Výpočet výměny vzduchu pomocí hodnoty V OJ Minimální zimní výměna vzduchu Maximální zimní (střední) výměna vzduchu Maximální letní výměna vzduchu Příklad pro procvičení problematiky Modelové zkušební příklady Přesný výpočet větrání Větrání podle obsahu vodních par Výpočet biologická produkce vodní páry Příklady pro procvičení problematiky Modelové zkušební příklady Stanovení měrných vlhkostí (x i, x e ) měněného vzduchu Stanovení měrné hmotnosti odváděného vzduchu při dané teplotě a relativní vlhkosti Příklad pro procvičení problematiky Větrání podle obsahu CO Výpočet biologické produkce CO Příklady pro procvičení problematiky Modelové zkušební příklady Stanovení nejvyšší povolené koncentrace CO 2 ve stáji Příklad pro procvičení problematiky Větrání podle teploty odvod přebytečného tepla Výpočet produkce tepla Stanovení průměrného rozdílu entalpie stájového vzduchu [kj.kg - ] pro dané pásmo t i Stanovení měrné hmotnosti odváděného vzduchu při dané teplotě a relativní vlhkosti. 52 3

4 Příklad pro procvičení problematiky Větrací zařízení ve stájových objektech druhy, konstrukce a výpočet Druhy větracích zařízení Konstrukce a předpoklady správné funkce výparníků Výpočet celkové potřebné plochy výparníků Stanovení potřebné výměny vzduchu V O Stanovení rychlosti proudění vzduchu ve výparnících Výpočet poţadované kapacity a návrh konstrukce samotíţného větracího zařízení Literatura

5 . Úvod Nejčastějším způsobem chovu hospodářských zvířat v klimatických podmínkách České republiky je jejich ustájení v uzavřených stájových systémech. Tyto systémy byly v našich podmínkách tradičně konstruovány jako zateplené (tepelně izolované) a měly ustájená zvířata chránit především před nepříznivými makroklimatickými podmínkami v zimním období. V současné době v souvislosti s významným nárůstem uţitkovosti, a tedy i intenzitou metabolismu se zejména v chovech skotu tato situace začíná pozvolna měnit a jedním z hlavích typů nově budovaných stájí jsou nezateplené, či polozavřené objekty u kterých jiţ ochrana zvířat před zimou přestává být prioritou. Jednou z příčin těchto změn je potřeba dojnic spíše se zbytkového metabolického tepla zbavovat neţli je uchovávat. Obecnou pravdou je, ţe skotu vzhledem k jeho arktickému fylogenetickému původu, lépe vyhovuje pobyt v prostředí s nízkými teplotami. Příčinou tohoto jevu je především disproporce produkce a výdeje tepla v organismu. Skot totiţ produkuje velké mnoţství tepla především z mikrobiální činnosti předţaludků a musí se tohoto tepla zbavit proto, aby organismus zůstal v tepelné rovnováze. V důsledku relativně malého povrchu těla (kráva cca 6 m 2 ) se skot zbavuje nadbytečného tepla s obrovskými potíţemi. Je zjevné, ţe v období posledních 20 let významně vzrostl počet letních dnů s extrémně vysokými teplotami a jedna z prognóz oteplování evropského kontinentu předpokládá změny klimatických podmínek směrem k vyšším teplotám, a to tak, ţe průměrná teplota kaţdých 0 let vzroste v průměru dokonce 0,4 C. Nově konstruované stájové objekty jiţ tedy téměř nemusí chránit skot (zejména dojnice) před nepříznivými účinky zimy, otázkou zůstává, zdali tyto stavby poskytují zvířatům dostatečnou ochranu v letním období. V chovatelské i odborné veřejnosti se začínají objevovat názory, ţe tomu tak nemusí být a tepelně izolované stavby, které by zvířata chránila nejen před zimou, nýbrţ i před teplem jsou opět aktuální. Zcela váţné debaty se mezi odborníky vedou o moţnostech budování klimatizovaných objektů, či dokonce o způsobech energetického vyuţití metabolického tepla zvířat ustájených v zateplených objektech. V kaţdém případě v současnosti je většina stájí pro skot v České republice zateplená, přičemţ chovy prasat (zejména mladších věkových kategorií a prasnic) a drůbeţe obecně si bez zateplených stájí nedokáţeme představit. Vlivem podmínek venkovního klimatu, vlivem ţivotních pochodů zvířat, technologických procesů, činností strojů a zařízení ve stáji a působením řady dalších fyzikálních, chemických a biologických procesů se v tomto uzavřeném stájovém prostoru utváří specifické prostředí, které velice intenzivně ovlivňuje přímým i nepřímým způsobem organismus ustájených 5

6 zvířat. Působí na jejich zdravotní stav, psychickou pohodu, a tím také dosti významně ovlivňuje jejich uţitkovost. Cílem tohoto multimediálního učebního textu je poskytnout studentům předmětu Zoohygiena a veterinární prevence obecný návod pro exaktní posouzení stájového prostředí z hlediska tepelné bilance objektu a jeho vlivu na chovaná zvířata v jednotlivých makroklimatických podmínkách. Pro správný provoz stájí je nezbytné téţ zajištění adekvátního reţimu větrání, jakoţ i přesné stanovení poţadovaných výměn vzduchu pro jednotlivé druhy a kategorie. I tato oblast je v textu zpracovaná. Pro procvičení problematiky je uvedena řada příkladů pro výpočet výše uvedených parametrů a jejich předloţená modelová řešení poskytují návod pro jejich správné zvládnutí. 6

7 2. Tepelná bilance stájových objektů 2. Princip bilance tepla ve stájových objektech Při bilancování tepla ve stájových objektech pro hospodářská zvířata porovnáváme teplo, které se v objektu průběţně vytváří (Q PR ) s teplem, které se z objektu za daných makroklimatických podmínek ztrácí (Q C ). Je zřejmé, ţe bilancování tepla je významné zejména v zimním období, kdy jsou ztráty tepla z objektu značné. Fyzikálním rozměrem pro vyjádření tohoto děje je watt (W). Watt je hlavní jednotka výkonu. Jednotka je pojmenována podle skotského inţenýra Jamese Watta. watt je výkon, při němţ se vykoná práce joulu za sekundu [J.s - ] Výpočet tepelné bilance Tepelnou bilanci stájového objektu [W] stanovíme ze vztahu: kde: Q PR Q C je produkce tepla [W] jsou tepelné ztráty [W] Q B = Q PR - Q C 2.3. Zdroje tepla ve stájových objektech Zdrojů tepla ve stájových objektech je poměrně mnoho. Zmínit lze především metabolické teplo ustájených zvířat, teplo vycházející z intenzivní mikrobiální činnosti a fermentace podestýlky, odpadní teplo z různých elektrických zařízení (zejména elektromotory ventilátorů, krmných linek, zařízení pro odkliz exkrementů), svítidel, teplo z motorů (např. traktorů), teplo ze sousedních vytápěných místností (šatny, kanceláře, sociální zařízení, dojírny) apod. Na rozdíl od konstrukce tzv. pasivních domů (své energetické potřeby plně saturují z místních zdrojů) se u stájových objektů za jediný zdroj tepla povaţuje metabolické teplo produkované ustájenými zvířaty, zatímco veškeré ostatní zdroje tepla se zanedbávají Výpočet produkce tepla Obecný vzorec pro výpočet metabolického tepla produkovaného zvířaty Q PR [W]: Q PR = Q PRj. M Z. k M. k q kde: Q PRj je teplo produkované zvířaty na jednotku hmotnosti [W] 7

8 Hodnoty Q PRj jsou uvedeny v tabulkových přílohách č. (skot), 2 (prasata) a 3 (drůbeţ) ON Větrání a vytápění stájových prostorů. U skotu a prasat (přílohy č. a 2) jsou hodnoty Q PRj uvedeny ve W na 00 kg ţivé hmotnosti, u drůbeţe (příloha č.3) pak ve W na kg ţivé hmotnosti. Bo, Su [W.00 kg - ] Ga [W. kg - ] M Z je počet hmotnostních jednotek [Bo, Su 00 kg nebo Ga kg] (celková hmotnost zvířat). Protoţe v přílohách č. a 2 jsou hodnoty Q PRj uvedeny na 00 kg a v příloze č. 3 na kg ţivé hmotnosti zvířat, pro výpočet celkové produkce metabolického tepla ustájených zvířat musíme jednotkovou produkci násobit počtem metrických centů [q] (stovek kilogramů) ţivé hmotnosti skotu a prasat a počtem kilogramů ţivé hmotnosti drůbeţe. k M je korekce na mléčnou uţitkovost (úroveň metabolismu). V příloze č. (skot) je produkce tepla u kategorie dojnic uvedena pro zvířata s průměrnou dojivostí stáda kg mléka za rok. Je prokázané, ţe s rostoucí dojivostí, a tedy i s intenzitou metabolismu roste i produkce tepla. Tuto skutečnost je nutné zohlednit a výpočet produkce tepla u dojnic zpřesnit. Korekce se tedy provádí pouze u dojnic, u kterých se vyskytuje vysoká variabilita mléčné produkce (v závislosti na plemeni, fázi laktace, stáří zvířete, atd.). U ostatních druhů zvířat je uţitkovost v podstatě konstantní, a je dána tabulkovou hodnotou, typickou pro danou kategorii zvířat. Podle dodatku 2) přílohy č.při vyšší uţitkovosti (neţ tabulková kg mléka.rok - ) roste produkce tepla o 6% na 500 kg roční produkce mléka. kq je přepočítací koeficient produkce tepla pro různé teploty vnitřního prostředí [t i ] (přílohy č., 2 a 3). Tento koeficient zohledňuje produkci tepla u jednotlivých druhů hospodářských zvířat v závislosti na teplotě stájového prostředí. Platí, ţe se sniţující se teplotou prostředí vrůstá produkce tepla a naopak s rostoucí stájovou teplotou zvířata svoji tepelnou produkci sniţují. U skotu a prasat nalezneme hodnoty k q v dodatkových tabulkách příloh č. a 2, kde jsou korekce uvedeny pro různé teploty vnitřního stájového prostředí [t i ] (0, 5, 0, 5, 20, 25 a 30 C). Neuvedené mezilehlé hodnoty se získají lineární interpolací mezi dvěma nejblíţe uvedenými hodnotami (viz příklady). 8

9 U jednotlivých kategorií drůbeţe platí hodnoty Q PRj v příloze č.3 pro vnitřní teploty [t i ] uvedené v posledním sloupci tabulky. Pro odlišné teploty stájového prostředí se uvaţuje vzrůst produkce tepla při poklesu teploty o K ( C) o % a opačně. Pozn. kelvin (K) je jednotka teploty, indikující termodynamickou teplotu. Je definován 2 body:. 0 K je teplota absolutní nuly, tedy naprosto nejniţší teplota, která je fyzikálně definována ,6 K je teplota trojného bodu vody (0,0 C) Absolutní velikost jednoho stupně v Celsiově i Kelvinově stupnici je stejná teplotní rozdíl K je roven rozdílu C Příklady pro procvičení problematiky Příklad Stanovte tepelnou produkci u 200 ks dojnic s průměrnou hmotností 500 kg, roční uţitkovostí 3500 kg.rok -, při vnitřní teplotě 0 C. Q PR = Q PRj. M Z. k M. k q Q PRj = 95 W.00kg - M Z = 000 q ( / 00) k M =,00 k q =,00 Q PR = ,00.,00 = [W] Příklad 2 Zadání stejné, jako u příkladu, u zvířat je vyšší uţitkovost. Stanovte tepelnou produkci u 200 ks dojnic s průměrnou hmotností 500 kg, roční uţitkovostí 6000 kg.rok -, při vnitřní teplotě 0 C Q PR = Q PRj. M Z. k M. k q Q PRj = 95 W.00kg - M Z = 000 q ( / 00) k M =,30 ( = 2500), (2500 : 500 = 5), (5. 6% = 30%) k q =,00 Q PR = ,30.,00 = [W] 9

10 Výsledek u. příkladu W. Jde tedy o zvýšení produkce tepla o W. Příklad 3 Zadání stejné, jako u příkladu 2, ve stáji je niţší teplota. Stanovte tepelnou produkci u 200 ks dojnic s průměrnou hmotností 500 kg, roční uţitkovostí 6000 kg.rok -, při vnitřní teplotě 2 C Q PR = Q PRj. M Z. k M. k q Q PRj = 95 W.00kg - M Z = 000 q ( / 00) k M =,30 ( = 2500), (2500 : 500 = 5), (5. 6% = 30%) k q =,08 (interpolací mezi hodnotami,05 a,0) QPR = ,30.,08 = [W] Výsledek u 2. příkladu W. Jde tedy o další zvýšení produkce tepla o W Modelové zkušební příklady. Stanovte produkci tepla u 500 ks prasat ve 3. etapě výkrmu. Průměrná hmotnost zvířat: 95 kg Teplota ve stáji [t i ]: 9 C Q PRj = 275 W.00kg - M Z = 475 q k q =,0 Q PR = ,0 = 3 93 [W] 2. Stanovte produkci tepla u 200 ks kojících prasnic. Průměrná hmotnost zvířat: 220 kg Teplota ve stáji [t i ]: 8 C Q PRj = 430 W.00kg - M Z = 440 q k q = 0,92 Q PR = ,92 = [W] 0

11 3. Stanovte produkci tepla u 300 ks výkrmu býků. Průměrná hmotnost zvířat: 400 kg Teplota ve stáji [t i ]: 6 C Q PRj = 20 W.00kg - M Z = 200 q k q =,04 Q PR = ,04 = [W] 4. Stanovte produkci tepla u 50 ks dojnic, uţitkovost 6500 kg.rok -. Průměrná hmotnost zvířat: 620 kg Teplota ve stáji [t i ]: 2 C Q PRj = 95 W.00kg - M Z = 930 q k M =,36 k q = 0,98 Q PR = ,36. 0,98 = [W] 5. Stanovte produkci tepla u 000 ks selat. Průměrná hmotnost zvířat: 5 kg Teplota ve stáji [t i ]: 27 C Q PRj = 900 W.00kg - M Z = 50 q k q = 0,83 Q PR = ,83 = [W] 6. Stanovte produkci tepla u 000 ks nosnic na podestýlce, stáří 52 týdnů. Průměrná hmotnost zvířat: 800 g Teplota ve stáji [t i ]: 2 C Q PRj = 7,5 W.kg - M Z = 800 kg

12 k q =,00 Q PR = 7, ,00 = [W] 7. Stanovte produkci tepla u 50 ks plemenných kanců. Průměrná hmotnost zvířat: 250 kg Teplota ve stáji [t i ]: 7 C Q PRj = 70 W.00kg - M Z = 25 q k q = 0,93 Q PR = ,93 = 9 762,5 [W] 8. Stanovte produkci tepla u 200 ks jalovic, stáří 2 měsíců. Průměrná hmotnost zvířat: 320 kg Teplota ve stáji [t i ]: 6 C Q PRj = 230 W.00kg - M Z = 640 q k q =,04 Q PR = ,04 = [W] 9. Stanovte produkci tepla u 40 ks plemenných býků. Průměrná hmotnost zvířat: 200 kg Teplota ve stáji [t i ]: 2 C Q PRj = 60 W.00kg - M Z = 480 q k q = 0,98 Q PR = ,98 = [W] 2.4. Tepelné ztráty Q C Z kaţdého, byť i zcela precizně projektovaného a stavebně realizovaného zatepleného objektu uniká v zimním období poměrně značné mnoţství tepla. Častým problémem je únik tepla nedokonale těsnými stavebními prvky a konstrukcemi (např. netěsná okna, dveře apod.). 2

13 S takovými ztrátami nepočítáme, poněvadţ jsou velmi obtíţně zjistitelné a zejména stanovitelné. Proto jako s objektivně definovatelnými ztrátami tepla počítáme pouze se ztrátou tepla prostupem stavební konstrukcí Q P a ztrátou tepla větráním Q VO. Ztrátu tepla prostupem stavebními konstrukcemi Q P lze povaţovat za zbytečnou a můţeme ji různými zásahy sniţovat např. zlepšením tepelně-izolačních vlastností stájového pláště (zateplením budov). Ztráta tepla větráním Q VO je nezbytná a nesmí se záměrnými zásahy ovlivňovat. Například velmi častou chybou chovatelů nezřídka s velmi fatálními následky je jejich reakce na významný pokles venkovní teploty. Při omezení či dokonce uzavření (vypnutí) větracího systému dojde sice krátkodobě k zatavení ztrát tepla z objektu, a dokonce i k přechodnému vzrůstu vnitřní teploty, současně však dochází k postupnému zvyšování hodnot zplodin látkové výměny, jako je koncentrace CO 2 a vodních par (zvýšená hodnota relativní vlhkosti prostředí). Při delším trvání tohoto stavu pak můţe dojít k udušení zvířat (CO 2 ), případně zvlhnutí obvodových konstrukcí stájového pláště s následnou ztrátou jejich izolačních vlastností a následnému prudkému poklesu teploty uvnitř stáje (t i ) s významnými následky na welfare, uţitkovost či zdravotní stav chovaných zvířat. Tepelné ztráty Q C [W] ze stájového objektu tedy stanovíme ze vztahu: kde: Q P je ztráta tepla prostupem [W] Q VO je ztráta tepla větráním [W] Q C = Q P + Q VO Ztráta tepla prostupem Q P Tepelná ztráta prostupem stavebními konstrukcemi se určí ze základní tepelné ztráty Q 0 navýšené o 2 přiráţky. Q P = Q 0. ( + p + p 2 ) kde: Q 0 je základní tepelná ztráta [W] p je přiráţka na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí (p obecně cca 0 20%) p 2 je přiráţka na urychlení zátopu (význam pouze u turnusů) 3

14 2.4.. Základní tepelná ztráta Q 0 Základní tepelná ztráta Q 0 se rovná součtu tepelných toků prostupem jednotlivými stavebními konstrukcemi ohraničujícími stájový prostor. Jde tedy o součet dílčích tepelných ztrát prostupem. Obecný vzorec pro výpočet základní tepelné ztráty Q 0 [W]: kde: Q 0 = Q + Q 2 + Q n Q, Q 2, atd. jsou tepelně-prostupové ztráty jednotlivými stavebními konstrukcemi Přirážka na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí p Přiráţkou na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí p se umoţňuje zvýšení teploty vnitřního vzduchu tak, aby i při niţší povrchové teplotě ochlazovaných stavebních konstrukcí bylo ve stájovém prostoru dosaţeno poţadované vnitřní teploty t i, pro kterou se počítá základní tepelná ztráta Q 0. Přiráţka na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí p závisí na průměrném součiniteli prostupu tepla všech stavebních konstrukcí stájového prostoru k c, který se vypočítá ze vztahu: k C Q S. t 0 2 W. m. i t e kde: ΣS je celková plocha stavebních konstrukcí ohraničujících stájový prostor [m 2 ]. Plochy stropů, podlah a svislých stěn se vypočítají z vnitřních rozměrů místnosti, pouze u výšky se počítá s tzv. konstrukční výškou podlaţí (výška stájového prostoru spolu s tloušťkou stropu). Plochou oken a dveří se rozumí plocha okenních a dveřních otvorů ve stěně. t i je vnitřní výpočtová teplota [ C] t e je venkovní výpočtová teplota [ C] Q 0 je základní tepelná ztráta K Hodnoty přiráţky na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí p jsou uvedeny v příloze č. 8. 4

15 Přirážka na urychlení zátopu p 2 S přiráţkou na urychlení zátopu p 2 se ve stájových prostorách běţně nepočítá, neboť ustájená zvířata je trvale produkovaným teplem vyhřívají. Zásadní význam má toto navýšení u turnusových provozů, a to zejména v případech, kdy se vyţadují vyšší teploty vnitřního prostředí (např. mladé věkové kategorie drůbeţe, prasat či chovy laboratorních zvířat). V případě výměny turnusu zvířat dojde ke sníţení vnitřní teploty (během vyskladnění se prostory nevytápí), a po naskladnění nových skupin zvířat by jejich produkované teplo nestačilo dostatečně rychle vnitřní podmínky upravit na poţadované hodnoty. Vzhledem k tomu, ţe se v uvedených případech jedná většinou o zvířata s nedostatečně vyvinutými termoregulačními schopnostmi, byly by důsledky takového stavu velmi závaţné. Před naskladněním nového turnusu je tedy nutné stájový objekt dostatečně vytopit umělými zdroji, a s tímto nadstandardním mnoţstvím tepla je tedy nutné počítat Ztráta tepla prostupem jednotlivými stavebními konstrukcemi Při výpočtu celkové ztráty tepla prostupem stavební konstrukcí stájového objektu je nezbytné vypočítat nejprve veškeré dílčí tepelné ztráty prostupem jednotlivými uţitými stavebními konstrukcemi. Obecný vzorec pro výpočet ztráty tepla prostupem stavební konstrukcí Q [W]: Q = k. s. Δt (t i t e ) kde: k je součinitel prostupu tepla [W.m -2.K - ] s je plocha stavební konstrukce [m 2 ]. Plochy stropů, podlah a svislých stěn se vypočítají z vnitřních rozměrů místnosti, pouze u výšky se počítá s tzv. konstrukční výškou podlaţí (výška stájového prostoru spolu s tloušťkou stropu). Plochou oken a dveří se rozumí plocha okenních a dveřních otvorů ve stěně. Δt je rozdíl teplot na obou stranách stavební konstrukce [K]. t i je vnitřní výpočtová teplota [ C], t e je výpočtová teplota prostředí na vnějšístraně stavební konstrukce (t.j. výpočtová venkovní teplota, výpočtová teplota v sousední místnosti nebo výpočtová teplota země) Součinitel prostupu tepla k [W.m -2.K - ] Jde o mnoţství tepla za čas, které prostoupí plochou m 2 konstrukce při rozdílu teploty na jedné a druhé straně K. 5

16 U některých stavebních konstrukcí, které se ve stavbách pravidelně opakují (okna, dveře) jsou součinitele prostupu tepla uvedeny v příloze č. 9. Součinitel prostupu tepla podlah nepodsklepených přízemních hal se volí: k =,2 W.m -2.K - pro podlahy bez tepelné izolace k = 0,7 W.m -2.K - pro podlahy s tepelnou izolací Za tepelnou izolaci se v tomto případě nepovaţuje ani betonová deska podlahy, ani podlahová vrstva štěrku. U ostatních stavebních konstrukcí, zejména u těch, které mají variabilní materiálové sloţení (stěny, stropy, podlahy) je nutno součinitel prostupu tepla vypočítat. Obecný vzorec pro výpočet součinitele prostupu tepla stavební konstrukcí k [W] k tepelně prostupový odpor (R 0 ) odpor zdi proti úniku tepla hodnota k je tedy: kde: k i s 2 n 2... W. m. s 2 s α jsou součinitelé přestupu tepla [W.m -2.K - ] k i s 2 2 s s... n e W. m α i je celkový součinitel přestupu tepla na vnitřním povrchu stavební konstrukce. Mnoţství tepla za čas [W], které přestoupí z vnitřního prostředí do vnitřního povrchu stavební konstrukce o ploše m 2, při rozdílu teplot na obou stranách konstrukce K. α e je součinitel přestupu tepla na vnějším povrchu stavební konstrukce. Mnoţství tepla za čas [W], které přestoupí z vnějšího povrchu stavební konstrukce o ploše m 2 do vnějšího prostředí při rozdílu teplot na obou stranách konstrukce K. α - závisí na rychlosti proudění vzduchu. Čím vyšší rychlost proudění vzduchu ( v) tím vyšší n n e 2. K K hodnota součinitele přestupu tepla ( α) tím niţší hodnota tepelně přestupového odporu ( ) Hodnoty α i i α e jsou uvedeny v příloze č.. λ je součinitel tepelné vodivosti [W.m -.K - ] Mnoţství tepla za čas [W], které projde krychlí stavebního materiálu o hraně m mezi protilehlými stěnami, při rozdílu teplot na obou stranách konstrukce K. 6

17 Závisí na: - objemové hmotnosti materiálu (hustotě) ρ λ - mnoţství vzduchu v materiálu - vlhkosti materiálu - směru tepelného toku materiálu Hodnoty λ pro stavební materiály jsou uvedeny v příloze č. 0. s je síla (tloušťka) jednotlivých vrstev stavební konstrukce [m] Příklady pro procvičení problematiky Příklad : Vypočítejte součinitel prostupu tepla [k] pro venkovní zeď o následujícím sloţení: vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm zdivo z plných pálených cihel (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 44 cm venkovní omítka nastavovaná (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm Jedná se o zeď ve stájovém objektu pro skot. k 4 0,02 0,92 0,44,09 0,02,02 23,786 W. m 2. K Příklad 2: Vypočítejte součinitel prostupu tepla [k] pro venkovní zeď o následujícím sloţení: vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm zdivo z plných pálených cihel (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 44 cm venkovní omítka nastavovaná (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm pěnový polystyren (hustota 6 kg.m -3 ), tloušťka 5 cm Jedná se o zeď ve stájovém objektu pro skot. k 4 0,02 0,92 0,44,09 0,02,02 0,05 0, ,78 W. m 2. K 7

18 !!! Po přidání vrstvy 5 cm pěnového polystyrenu na vnější stranu stavební konstrukce sníţíme ztrátu tepla z,786 na 0,75 W.m -2.K -, coţ znamená úsporu o cca 60%!!! Modelové zkušební příklady. Vypočítejte součinitel prostupu tepla [k] pro vnitřní zeď o následujícím sloţení: dřevo měkké (kolmo k vláknům) (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm zdivo z plných pálených cihel (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 29 cm vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm Jedná se o zeď ve stájovém objektu pro skot. k 4 0,02 0,5 0,02 0,77 0,29 0,77 0,02 0,77 4,42 W. m 2. K 2. Vypočítejte součinitel prostupu tepla [k] pro venkovní zeď o následujícím sloţení: sádrokarton (sádrová deska) (hustoty 200 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm ţelezobeton (hustoty 2300 kg.m -3 ), tloušťka 30 cm zdivo z dutých tvárnic (hustota 00 kg.m -3 ), tloušťka 0 cm pěnový polystyren (hustoty 6 kg.m -3 ), tloušťka 8 cm Jedná se o zeď ve stájovém objektu pro skot. k 4 0,02 0,63 0,3,82 0, 0,7 0,08 0, ,56 W. m 2. K 3. Vypočítejte součinitel prostupu tepla [k] pro strop o následujícím sloţení: vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka cm tvárnice HURDIS (keramická hmota) (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 8 cm škvárový beton (hustoty 900 kg.m -3 ), tloušťka 5 cm 8

19 cementový potěr beton prostý (hustoty 200 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm Jedná se o konstrukci ve stájovém objektu pro skot s půdním prostorem. k 4 0,0 0,77 0,08 0,53 0,5 0,96 0,02,5 4 2,09 W. m 2. K 2.5. Ztráta tepla větráním Q VO V zimním období přináší větrání stájových objektů velmi významnou ztrátu tepla. Vyměňovaný ohřátý a vlhký vzduch jednak mnoţství tepla odvádí, navíc je nahrazen přiváděným chladným venkovním vzduchem, který spotřebovává další značné mnoţství stájového tepla na své ohřátí. Jak jiţ bylo uvedeno výše, tuto ztrátu tepla musíme povaţovat za nezbytnou a nelze ji záměrně ovlivňovat. Obecný vzorec pro výpočet ztráty tepla větráním Q VO [W]: Q VO V 0. i i ie. 3,6 kde V O je mnoţství odváděného vzduchu ze stáje [m 3.hod - ] i i je entalpie (tepelný objem) odváděného vzduchu [kj.kg - ] i e je entalpie (tepelný objem) přiváděného vzduchu [kj.kg - ] i je měrná hmotnost odváděného vzduchu při dané teplotě a relativní vlhkosti [kg.m -3 ] i W Výpočet množství odváděného vzduchu V O Mnoţství odváděného vzduchu V o [m 3.hod - ] stanovíme ze vztahu: V O = V Oj. M Z. k M kde: V oj je mnoţství odváděného vzduchu na jednotku hmotnosti zvířat. V závislosti na venkovních a vnitřních výpočtových hodnotách teplot t e a t i jsou tyto údaje uvedeny v tabulkových přílohách č. 6 I. (skot), 6 II. (prasata) a 6 III (drůbeţ) ON Větrání a vytápění stájových prostorů. 9

20 U skotu a prasat jsou hodnoty V oj uvedeny v m 3.h - na 00 kg ţivé hmotnosti, u drůbeţe pak v m 3.h - na kg ţivé hmotnosti. Bo, Su [m 3.h -.00 kg - ] Ga [m 3.h -. kg - ] M Z počet hmotnostních jednotek [Bo, Su 00 kg nebo Ga kg] (celková hmotnost zvířat). Protoţe v přílohách č.6 I. a II. jsou hodnoty V oj uvedeny na 00 kg a v příloze č. 6 III. na kg ţivé hmotnosti zvířat, pro výpočet celkového mnoţství odváděného vzduchu ze stáje musíme tyto násobit počtem metrických centů [q] (stovek kilogramů) ţivé hmotnosti skotu a prasat a počtem kilogramů ţivé hmotnosti drůbeţe. k M korekce na mléčnou uţitkovost (úroveň metabolismu). V příloze č. 6 I. (skot) je jsou poţadované výměny vzduchu u kategorie dojnic uvedeny pro zvířata s průměrnou dojivostí stáda kg mléka za rok. Je zřejmé, ţe s rostoucí dojivostí, a tedy i s intenzitou metabolismu rostou i poţadavky na intenzivnější výměnu vzduchu. Tuto skutečnost je nutné zohlednit a výpočet produkce tepla u dojnic zpřesnit. Korekce se tedy provádí pouze u dojnic, u kterých se vyskytuje vysoká variabilita mléčné produkce (v závislosti na plemeni, fázi laktace, stáří zvířete, atd.) U ostatních druhů zvířat je uţitkovost v podstatě konstantní, a je dána tabulkovou hodnotou, typickou pro danou kategorii zvířat. Podle dodatku *) přílohy č.6 I/ SKOT-DOJNICE při vyšší uţitkovosti (neţ tabulková kg mléka.rok - ) se všechny hodnoty zvyšují o 6% na 500 kg roční produkce mléka Stanovení entalpie (tepelného objemu) měněného vzduchu [kj.kg - ] V závislosti na vnitřních i vnějších výpočtových teplotách a relativních vlhkostech odváděného vnitřního, respektive přiváděného venkovního vzduchu stanovíme z přílohy č. 3 rozdíl entalpií Stanovení měrné hmotnosti odváděného vzduchu při dané teplotě a relativní vlhkosti [kg.m -3 ] Hodnoty měrné hmotnosti odváděného vzduchu při dané teplotě a relativní vlhkosti [kg.m -3 ] i jsou uvedeny v příloze č. 4. Pro různé teploty vzduchu (od 8 C a výše) jsou pak v příloze uvedeny vţdy dvě hodnoty, a to pro případ zcela suchého (0% RV) či zcela nasyceného 20

21 (00% RV) vzduchu. V případě zjištění mezilehlé hodnoty se neprovádí interpolace. Má-li vzduch relativní vlhkost pod 50%, vybíráme hodnoty v levé sloupci tabulky (tedy 0% RV), jeli jeho relativní vlhkost vyšší neţ 50%, hodnoty vybíráme z pravé části tabulky (00% RV) Makro- a mikroklimatické ukazatele pro výpočet tepelné bilance stáje Pro přesné posouzení tepelné bilance kaţdého stájového objektu musíme vycházet z přesně definovaných hodnot vnitřního stájového prostředí (mikroklimatu) a venkovního prostředí (makroklimatu). Výpočtové hodnoty vnitřní teploty [t i ] jsou uvedeny v přílohách č. 4 (skot), 5 (prasata) a 6 (drůbeţ). Výpočtové hodnoty teploty prostředí na vnější straně stavební konstrukce [t e ] mohou být buď:. Výpočtová venkovní teplota, kterou určíme podle přílohy č. 7 (je to průměrná teplota pěti za sebou následujících nejchladnějších dnů podle dlouhodobých meteorologických pozorování). Při určení této hodnoty je rozhodující geografická poloha objektu i jeho nadmořská výška. V příloze č. 7 je mapa České republiky rozdělená na 2 teplotní oblasti. V oblasti č. I (bílá) se počítá s výpočtovou hodnotou venkovní teploty t e -5 C, v horských a podhorských oblastech oblast č. II (šrafovaná) pak s hodnotou t e -8 C. Do oblasti II. Patří i místa v oblasti I. s nadmořskou výškou nad 600m. Pro místa s nadmořskou výškou nad 800 m v teplotní oblasti II. Je hodnota výpočtové teploty t e -2 C. 2. Výpočtová teplota v nevytápěných prostorách sousedících se stájovým prostorem je uvedena v příloze č Průměrná teplota země se uvaţuje při výpočtu tepelných ztrát prostupem podlahou nepodsklepených přízemních hal t e + 0 C. Výpočtové hodnoty vnitřní relativní vlhkosti R Vi jsou pro jednotlivé druhy zvířat uvedeny v přílohách č. 4 (skot), 5 (prasata) a 6c (drůbeţ). Výpočtové hodnoty venkovní relativní vlhkosti R Ve uvádí příloha č. 5. Z přílohy je zřejmé, ţe pro všechny výpočtové hodnoty venkovní teploty ti (-5 C, -8 C i -2 C) platí hodnota vnější výpočtové vlhkosti 90% Posouzení a využití výsledků tepelné bilance stájového objektu Výše uvedenými výpočty stanovíme tepelnou bilanci stájového prostoru, která můţe být: 2

22 . Vyrovnaná jedná se o ideální stav, kdy se celkové teplo produkované ustájenými zvířaty rovná celkovým tepelným ztrátám. Taková ideální situace však bývá i u velmi kvalitně projektovaných a stavebně realizovaných objektů vzácná, a proto připouštíme jistou míru tolerance při posouzení tepelné bilance. Tato tolerance je na úrovni +5% z celkové hodnoty. 2. Negativní celkové ztráty tepla jsou vyšší, neţ teplo ustájenými zvířaty vyprodukované. Pokud je tato hodnota mimo tolerované rozpětí (viz výše), je nutné tento stav řešit. 3. Pozitivní celkové teplo produkované ustájenými zvířaty je vyšší neţ celkové tepelné ztráty (jde především o stav v letním období). Řešení nepříznivých stavů Negativní tepelná bilance: tepelná izolace stájí řešení větrání vytápění stájí Bo profylaktorium mléčná výţiva Su porodna dochovna předvýkrm (do 30 kg) Ga do 5 týdnů stáří Pozitivní tepelná bilance: zastínění stájí (stromy) světlé plochy (střechy, stěny) vyšší rychlost proudění (přetlakové větrání) chlazení stájí (voda, klimatizace, tropiko střechy) 22

23 2.8. Modelový zkušební příklad výpočtu tepelné bilance Zadání příkladu Vypočítejte a posuďte tepelnou bilanci u stájového objektu pro 200 ks dojnic, průměrná hmotnost 620 kg, průměrná uţitkovost: 8000 kg mléka.rok -. Stáj je vazná, umístění: Malá Úpa, Krkonoše, 850 m n.m. Střecha objektu je sloţena z klasické pálené tašky (netěsná krytina). Podlaha objektu je bez tepelné izolace. Při posuzování stavby neberte v úvahu pouţité stavební materiály jde o fiktivní stavbu. Schematický nákres objektu: 23

24 Dílčí tepelné ztráty vzhledem k pouţitým stavebním konstrukcím: Q 2x 30 oken (,5 x m). Dřevěná, jednoduchá se zdvojeným sklem s mezerou nad 0 mm. Q2 2x 3 malé dřevěné dveře (,5 x 2m). Q3 2x 2 dřevěná vrata (3 x 4m). Q4 stěny neochlazované sloţení: vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm zdivo z plných pálených cihel (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 29 cm vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm Q5 stěny ochlazované sloţení: vnitřní omítka vápenná (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm zdivo z plných pálených cihel (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 44 cm venkovní omítka nastavovaná (hustota 800 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm Q6 strop sloţení: dřevo měkké, kolmo k vláknům (hustoty 600 kg.m -3 ), tloušťka 5 cm desky z minerální vlny (hustota 20 kg.m -3 ), tloušťka 5 cm sádrová deska (hustota 200 kg.m -3 ), tloušťka 2 cm linoleum (hustota 200 kg.m -3 ), tloušťka cm Q7 podlaha bez tepelné izolace Tepelná bilance [W] - výpočet Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 0 C (vnitřní výpočtová teplota) t e = -2 C (venkovní výpočtová teplota) teplotní oblast II. s nadmořskou výškou nad 800 m. t e2 = -2 C (výpočtová teplota v sousedních místnostech sousedících převáţně s venkovním prostředím, s nímţ jsou spojeny venkovními dveřmi) pro výpočet ztrát Q 2, Q 3 a Q 4. t e3 = -5 C (výpočtová teplota na půdě objektu) pro výpočet ztráty Q 6. t e3 = +0 C (výpočtová teplota země pod podlahou) pro výpočet ztráty Q 7. RV i = 85% (vnitřní relativní vlhkost) RV e = 90% (venkovní relativní vlhkost) Obě výpočtové hodnoty RV jsou nezbytné pro stanovení ztráty tepla větráním Q VO Výpočet produkce tepla Q PR = Q PRj. M Z. k M. k q 24

25 Q PRj = 95 W.00kg - M Z = 240 q k M =,54 k q = Q PR = ,54.,00 = [W] Výpočet dílčích ztrát tepla prostupem Q, Q 2 Q n Q 2x 30 oken (,5 x m). Dřevěná, jednoduchá se zdvojeným sklem s mezerou nad 0 mm. (OJ) Q = k. S. Δt Q = 3, = 9095,4 W Q 2 2x 3 malé dřevěné dveře (,5 x 2m). (DV) Q 2 = k. S. Δt Q 2 = 2, = 922,68 W Q 3 2x 2 dřevěná vrata (3 x 4m). (VR) Q 3 = k. S. Δt Q 3 = 2, = 2460,48 W Q 4 stěny neochlazované (SN) Výpočet k: k 4 0,02 0,77 0,29 0,77 0,02 0,77 4,75 W. m 2. K Q 4 = k. S. Δt (od celkové plochy zdí musíme odečíst plochu dveří a vrat jiţ vypočítáno!!!) Q 4 =, = 4389 W Q 5 stěny ochlazované (SO) Výpočet k: k 4 0,02 0,92 0,44,09 0,02,02 23,79 W. m 2. K 25

26 Q 5 = k. S. Δt (od celkové plochy zdí musíme odečíst plochu oken jiţ vypočítáno!!!) Q 5 =, = ,5 W Q 6 strop (Str) Výpočet k: k 4 0,05 0,5 0,05 0,093 0,02 0,38 0,0 0,9 4 0,89 W. m 2. K Q 6 = k. S. Δt Q 6 = 0, = W Q 7 podlaha (Pdl) Q 7 = k. S. Δt Q 7 =, = 0W Výpočet základní ztráty tepla prostupem Q 0 = Q + Q 2 + Q 3 +. Q n Q = 9 095,4 W Q 2 = 922,68 W Q 3 = 2 460,48 W Q 4 = W Q 5 = ,5 W Q 6 = W Q 7 = 0W Q 0 = ,06 W 26

27 Označení stavební konstrukce Délka Šířka nebo výška Plocha Počet konstrukcí Celková plocha konstrukcí Plocha oken a dveří k odečtení Plocha pro výpočet Součinitel prostupu tepla Rozdíl teplot Δt Základní tepelná ztráta Q0 = k.s.δt [m] [m] [m 2 ] ks [m 2 ] [m 2 ] [m 2 ] [W.m -2.K - ] [k] [W] OJ,50,00, ,00-90,00 3, ,4 DV,50 2,00 3,00 6 8,00-8,00 2, ,68 VR 3,00 4,00 2, ,00-48,00 2, ,48 SN 20,00 4,50 90, ,00 66,00 4,00, SO 60,00 4,50 270, ,00 90,00 450,00, ,5 Str 60,00 20,00 200,00 200,00-200,00 0, Pdl 60,00 20,00 200,00 200,00-200,00,2 0 0 Celkem: , Výpočet celkové ztráty tepla prostupem Q P Q P = Q 0. ( + P + P 2 ) Stanovení přiráţky na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí p Pro stanovení přiráţky na vyrovnání vlivu chladných stavebních konstrukcí p musíme vypočítat průměrný součinitel prostupu tepla všech stavebních konstrukcí k c podle následujícího vztahu: výpočet k c tedy bude: k C k C 68538, Q S. t 0 2 W. m. i t e 68538, ,709 K W. m 2. K V příloze 8 najdeme pro vypočítanou hodnotu k c přiráţku p. Celkovou tepelnou ztrátu prostupem stavebními konstrukcemi v modelovém objektu pak určíme podle vztahu: Q P = Q 0. ( + p + p 2 ) 27

28 Platí tedy: Q P = 68538,06.,2 = ,63 W Ztráta tepla větráním Q VO Výpočet množství odváděného vzduchu V O V Oj = 0,5 m 3.h -.00 kg - M Z = 240 q k M =,54 V O = 0, ,54 = 20050,8 m 3. hod - Stanovení entalpií měněného vzduchu i i = 27,02 kj. kg - s. v. (platí pro t i +0 C a RV i 85%) i e = - 9,90 kj. kg- s. v. (platí pro t e -2 C a RV e 90%) Stanovení měrné vlhkosti odváděného vzduchu i =,20 kg. m -3 (platí pro t i +0 C a RV i 85%) Výpočet celkové ztráty tepla větráním Q VO Q VO V 0. i i ie. 3,6 i W 27,02 9,9.,20 Q VO 20050, ,6 W Modelový zkušební příklad vyhodnocení stanovené tepelné bilance objektu Q B = Q PR (Q P + Q VO ) [W] Q PR = [W] Q P = ,63 W Q VO = W Q B = (76 762, ) = ,63 W 28

29 U modelového příkladu byla vyhodnocena tepelná bilance posuzované budovy jako negativní. Vzhledem ke skutečnosti, ţe se jedná o nevyrovnanost ve výši 4,83%, lze tuto skutečnost zanedbat. 3. Větrání stájových objektů Zvířata ustájená v zateplených stájových objektech trvale produkují značné mnoţství zplodin metabolismu (CO 2, vodní pára, NH 3, štěpné plyny). Tyto zplodiny je nezbytné průběţně ze stájového prostředí odvádět vhodným a spolehlivým větracím zařízením tak, aby nedošlo ke zvýšení jejich hodnot nad limitní hranice a následně k negativním dopadům na welfare, uţitkovost i zdraví zvířat. Mezi základní poţadavky na kaţdé větrací zařízení patří především:. Potřebná (dostatečná) kapacita 2. Rovnoměrnost 3. Usměrnění proudění (ne průvan) 4. Regulovatelnost 5. Zajištění havarijního (náhradního) větrání 3.. Výpočet hodnot výměny vzduchu Výpočet poţadovaného mnoţství vyměňovaného vzduchu je ovlivněn prioritami jednotlivých reţimů větrání, které jsou zcela závislé na příslušném ročním období. V zimním období je hlavním cílem větrání uchovat ve stájovém prostředí maximální mnoţství tepla, při současném dostatečném odvodu vlhkosti a nahromaděného CO 2. Naopak v letním období je zásadní prioritou odvedení co moţná největšího mnoţství tepla ze stáje a tedy částečné ochlazení stájového prostředí. Obecný postup při stanovení požadovaných objemů výměny vzduchu Při stanovení poţadovaného mnoţství vyměňovaného vzduchu v závislosti na vnějších klimatických podmínkách lze vyuţít 3 moţností:. Orientačně 2. Tabulky pomocí hodnoty V OJ 3. Přesný výpočet (v závislosti na konkrétních podmínkách ve stáji) 29

30 3.2. Orientační hodnoty výměny vzduchu při t e = 5 C Jedná se o ne zcela přesný, nicméně velmi snadný a rychlý postup, který lze vyuţít při velmi obecném posouzení stájového prostředí. Tento odhad nezahrnuje vliv ročních období, intenzitu metabolismu chovaných zvířat, či další kritéria, která jsou typická u dalších, přesnějších postupů. Při výpočtu orientačního mnoţství vyměňovaného vzduchu vycházíme z ţivé hmotnosti ustájených zvířat: Bo, Eq Su, Ov Ga 00 m 3 vzduchu. hod - na 500 kg ţivé hmotnosti 25 m 3 vzduchu. hod - na 500 kg ţivé hmotnosti 500 m 3 vzduchu. hod - na 500 kg ţivé hmotnosti 3.3. Výpočet výměny vzduchu pomocí hodnoty V OJ Při tomto postupu stanovíme poţadované objemy výměny vzduchu v závislosti na venkovních (makroklimatických) podmínkách. Z tohoto hlediska rozlišujeme následující druhy výměny vzduchu:. Minimální zimní výměna vzduchu 2. Maximální (střední) zimní výměna vzduchu 3. Maximální letní výměna vzduchu Minimální zimní výměna vzduchu Stanoví se s pouţitím vnitřních výpočtových a vnějších oblastních hodnot T a R V. Jde o reţim větrání za nejhorší zimy v dané klimatické oblasti, při dodrţení poţadovaných hodnot mikroklimatu ve stáji. V průběhu celého roku se nevětrá méně. Význam: Slouţí mimo jiné ke stanovení ztráty tepla větráním Q VO v rámci výpočtu tepelné bilance stáje Maximální zimní (střední) výměna vzduchu Jde o větrání za běţně nejvyšších teplot (t e ) v zimním období (+ 5 C C) Význam: Slouţí ke stanovení, posouzení a projektování samotíţného větracího zařízení Maximální letní výměna vzduchu Jde o reţim větrání za nejteplejšího léta. Větráme tak intenzivně, abychom ve stáji dosáhli teploty alespoň o 3K ( C) niţší neţ venku pomoc zvířatům. Význam: Slouţí mimo jiné ke stanovení a projektování nuceného větrání (ventilátory) 30

31 Mnoţství odváděného vzduchu V o [m 3.hod - ] stanovíme ze vztahu: V O = V Oj. M Z. k M kde: V oj je mnoţství odváděného vzduchu na jednotku hmotnosti zvířat. V závislosti na venkovních a vnitřních výpočtových hodnotách teplot t e a t i jsou tyto údaje uvedeny v tabulkových přílohách č. 6 I. (skot), 6 II. (prasata) a 6 III (drůbeţ) ON Větrání a vytápění stájových prostorů. U skotu a prasat jsou hodnoty V oj uvedeny v m 3.h - na 00 kg ţivé hmotnosti, u drůbeţe pak v m 3.h - na kg ţivé hmotnosti. Bo, Su [m 3.h -.00 kg - ] Ga [m 3.h -. kg - ] M Z počet hmotnostních jednotek [Bo, Su 00 kg nebo Ga kg] (celková hmotnost zvířat). Protoţe v přílohách č.6 I. a II. jsou hodnoty V oj uvedeny na 00 kg a v příloze č. 6 III. na kg ţivé hmotnosti zvířat, pro výpočet celkového mnoţství odváděného vzduchu ze stáje musíme tyto násobit počtem metrických centů [q] (stovek kilogramů) ţivé hmotnosti skotu a prasat a počtem kilogramů ţivé hmotnosti drůbeţe. k M korekce na mléčnou uţitkovost (úroveň metabolismu). V příloze č. 6 I. (skot) je jsou poţadované výměny vzduchu u kategorie dojnic uvedeny pro zvířata s průměrnou dojivostí stáda kg mléka za rok. Je zřejmé, ţe s rostoucí dojivostí, a tedy i s intenzitou metabolismu rostou i poţadavky na intenzivnější výměnu vzduchu. Tuto skutečnost je nutné zohlednit a výpočet produkce tepla u dojnic zpřesnit. Korekce se tedy provádí pouze u dojnic, u kterých se vyskytuje vysoká variabilita mléčné produkce (v závislosti na plemeni, fázi laktace, stáří zvířete, atd.) U ostatních druhů zvířat je uţitkovost v podstatě konstantní, a je dána tabulkovou hodnotou, typickou pro danou kategorii zvířat. Podle dodatku *) přílohy č.6 I/ SKOT-DOJNICE při vyšší uţitkovosti (neţ tabulková kg mléka.rok - ) se všechny hodnoty zvyšují o 6% na 500 kg roční produkce mléka Příklad pro procvičení problematiky Stanovte poţadované výměny vzduchu u 200 ks dojnic s průměrnou hmotností 500 kg, roční uţitkovostí 6000 kg.rok -, v Brně, stáj vazná. 3

32 Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 0 C R Vi = 85% t e = -5 C R Ve = 90%. Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = V Oj. M Z. k M V Oj =,2 m 3. hod kg - M Z = 000 q k M =,30 V min =, ,30 = m 3. hod - 2. Stanovení maximální (střední) zimní výměny vzduchu V střed = V Oj. M Z. k M V Oj = 28,4 m 3. hod kg - M Z = 000 q k M =,30 V střed = 28, ,30 = m 3. hod - 3. Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = V Oj. M Z. k M V Oj = 56,0 m 3. hod kg - M Z = 000 q k M =,30 V max = ,30 = m 3. hod - Výsledky: V min =, ,30 = m 3. hod - V střed = 28, ,30 = m 3. hod - V max = 56, ,30 = m 3. hod - Rozsah větrání: m 3. hod - 32

33 Modelové zkušební příklady Vše pro umístění staveb v teplotní oblasti I. (např. Brno). Stanovte výměny vzduchu u 500 ks prasat ve 3. etapě výkrmu. Průměrná hmotnost zvířat: 95 kg Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 0 C R Vi = 85% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 5, = 7552,5 m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = 38, = m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = = m 3. hod - 2. Stanovte výměny vzduchu u 200 ks kojících prasnic. Průměrná hmotnost zvířat: 220 kg Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 8 C R Vi = 70% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 29, = m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = = m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = = m 3. hod - 3. Stanovte výměny vzduchu u 300 ks výkrmu býků. Průměrná hmotnost zvířat: 400 kg Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 6 C R Vi = 85% 33

34 t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 4, = m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = 24, = m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = = m 3. hod - 4. Stanovte výměny vzduchu u 50 ks dojnic, uţitkovost 6500 kg.rok -. Průměrná hmotnost zvířat: 620 kg Ustájení: volné Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 6 C R Vi = 85% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 3, ,36 = 6 695,36 m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = 28, ,36 = ,32 m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = ,36 = ,8 m 3. hod - 5. Stanovte výměny vzduchu u 000 ks selat. Průměrná hmotnost zvířat: 5 kg Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 27 C R Vi = 70% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 47,. 50 = m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = = m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = = m 3. hod - 34

35 6. Stanovte výměny vzduchu u 000 ks nosnic na podestýlce, stáří 52 týdnů. Průměrná hmotnost zvířat: 800 g Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 2 C R Vi = 75% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 0, = 990 m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = 0, = 728 m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = 4, = m 3. hod - 7. Stanovte výměny vzduchu u 50 ks březích prasnic do 2 měsíců březosti. Průměrná hmotnost zvířat: 250 kg Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 2 C R Vi = 80% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 0,3. 25 = 287,5 m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = 29,0. 25 = m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = 48,0. 25 = m 3. hod - 8. Stanovte výměny vzduchu u 200 ks jalovic, stáří 2 měsíců. Průměrná hmotnost zvířat: 320 kg Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 0 C R Vi = 75% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 4, = m 3. hod - 35

36 Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = 33, = m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = = m 3. hod - 9. Stanovte výměny vzduchu u 40 ks jalovic, stáří nad 2 měsíců, volné ustájení. Průměrná hmotnost zvířat: 400 kg Stanovení výpočtových hodnot t a R V t i = 6 C R Vi = 75% t e = -5 C R Ve = 90% Stanovení minimální zimní výměny vzduchu V min = 3,6. 60 = 2 76 m 3. hod - Stanovení maximální zimní (střední) výměny vzduchu V střed = 23,0. 60 = m 3. hod - Stanovení maximální letní výměny vzduchu V max = 54,0. 60 = m 3. hod Přesný výpočet větrání (v závislosti na konkrétních podmínkách ve stáji) Při tomto postupu zohledňujeme specifika jednotlivých reţimů větrání v souvislosti s makroklimatickými podmínkami. Platí tedy: ZIMA: větrání pro odvedení vlhkosti udrţení poţadované R V větrání pro odvedení CO 2 LÉTO: větrání pro odvedení přebytečného tepla Větrání podle obsahu vodních par (pro odvedení nadbytečné vlhkosti ze stáje) Přesné mnoţství vyměňovaného vzduchu pro odvedení vodních par ze stáje stanovíme ze vztahu: V OW x i M x W e. i m 3. hod kde: 36

37 V OW je mnoţství vzduchu pro odvedení vodních par ze stáje [m 3.hod - ] M W je produkce vodních par ve stáji [g.hod - ] x i, x e je měrná vlhkost vnitřního/vnějšího vzduchu [g.kg - s.v. ] i je měrná hmotnost odváděného vzduchu při dané teplotě a relativní vlhkosti [kg.m -3 ] Výpočet biologická produkce vodní páry [g.hod - ] Celkové mnoţství produkovaných par zvířaty stanovíme ze vztahu: M W = M WJ. M Z. k M. k W kde: M Wj je produkce vodní páry na jednotku ţivé hmotnosti [g.hod - ] Hodnoty M Wj jsou uvedeny v tabulkových přílohách č. (skot), 2 (prasata) a 3 (drůbeţ) ON Větrání a vytápění stájových prostorů. U skotu a prasat (přílohy č. a 2) jsou hodnoty M Wj uvedeny v g.hod - na 00 kg ţivé hmotnosti, u drůbeţe (příloha č.3) pak v g.hod - na kg ţivé hmotnosti. Bo, Su [g.hod -.00 kg - ] Ga [g.hod -. kg - ] M Z je počet hmotnostních jednotek [Bo, Su 00 kg nebo Ga kg] (celková hmotnost zvířat). Protoţe v přílohách č. a 2 jsou hodnoty Q PRj uvedeny na 00 kg a v příloze č. 3 na kg ţivé hmotnosti zvířat, pro výpočet celkové produkce metabolického tepla ustájených zvířat musíme jednotkovou produkci násobit počtem metrických centů [q] (stovek kilogramů) ţivé hmotnosti skotu a prasat a počtem kilogramů ţivé hmotnosti drůbeţe. k M je korekce na mléčnou uţitkovost (úroveň metabolismu). V příloze č. (skot) je produkce tepla u kategorie dojnic uvedena pro zvířata s průměrnou dojivostí stáda kg mléka za rok. Je prokázané, ţe s rostoucí dojivostí, a tedy i s intenzitou metabolismu roste i produkce tepla. Tuto skutečnost je nutné zohlednit a výpočet produkce tepla u dojnic zpřesnit. Korekce se tedy provádí pouze u dojnic, u kterých se vyskytuje vysoká variabilita mléčné produkce (v závislosti na plemeni, fázi laktace, stáří zvířete, atd.) U ostatních druhů zvířat je uţitkovost v podstatě konstantní, a je dána tabulkovou hodnotou, typickou pro danou kategorii zvířat. 37

38 Podle dodatku 2) přílohy č. při vyšší uţitkovosti (neţ tabulková kg mléka.rok - ) roste produkce tepla o 6% na 500 kg roční produkce mléka. k W je přepočítací koeficient produkce vodních par pro různé teploty vnitřního prostředí [t i ] (přílohy, 2 a 3). Tento koeficient zohledňuje produkci par u jednotlivých druhů hospodářských zvířat v závislosti na teplotě stájového prostředí. Na rozdíl od výpočtu tepelné produkce platí, ţe se sniţující se teplotou prostředí se současně sniţuje produkce vodní páry a naopak s rostoucí stájovou teplotou zvířata produkci par zvyšují. U skotu a prasat nalezneme hodnoty k w v dodatkových tabulkách příloh č. a 2, kde jsou korekce uvedeny pro různé teploty vnitřního stájového prostředí [t i ] (0, 5, 0, 5, 20, 25 a 30 C). Neuvedené mezilehlé hodnoty se získají lineární interpolací mezi dvěma nejblíţe uvedenými hodnotami (viz příklady). U jednotlivých kategorií drůbeţe platí hodnoty M Wj v příloze č.3 pro vnitřní teploty [t i ] uvedené v posledním sloupci tabulky. Pro odlišné teploty stájového prostředí se uvaţuje vzrůst produkce vodních par při vzrůstu teploty o K ( C) o 2% a opačně Příklady pro procvičení problematiky Příklad Stanovte produkci vodní páry u 200 ks dojnic s průměrnou hmotností 500 kg, roční uţitkovostí 3500 kg.rok -, při vnitřní teplotě 0 C M W = M WJ. M Z. k M. k W M W = 73 g.hod -.00kg M Z = 000 q ( / 00) k M =,00 k W =,00 M W = ,00.,00 = [g.hod - ] Příklad 2 Zadání stejné, jako u příkladu, u zvířat je vyšší uţitkovost. Stanovte produkci vodní páry u 200 ks dojnic s průměrnou hmotností 500 kg, roční uţitkovostí 6000 kg.rok -, při vnitřní teplotě 0 C 38